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什麼是三維空間?

生活 更新时间:2025-01-07 16:16:46

簡單說就是:四維空間比三維空間裝得更多。有些人會把四維空間比作是妖魔鬼怪,認為四維空間很虛幻,我們很難想象四維空間到底是什麼樣子的。

但科學家并不這樣認為,他們試圖用四維(高維)空間诠釋自然規律。

什麼是三維空間?(它與三維空間的區别是什麼)1

那麼,到底什麼是四維空間?

用數學語言描述就是,四條相互垂直的直線同時穿過一個點,組成的空間就是四維空間。

但顯然,這種數學描述在我們看來是難以理解的,甚至是不靠譜的:數學早就告訴了我們,通過一個點隻有三條相互垂直的直線,哪來的第四條呢?

我們無法想象第四條直線到底以何種方式存在,這很正常,因為如果第四條直線存在,肯定不在三維空間,而是另一個維度。就像一個二維生物(假設存在)很難想象一個點有三條相互垂直的直線一樣。

簡單講就是,四維空間更多地體現在數學概念裡,比較抽象。而我們需要的是具體的物理學描述。

下面就盡可能地猜測四維空間的某些特點。

什麼是三維空間?(它與三維空間的區别是什麼)2

第一,四維空間比三維空間具有更大的包容力,因為多出來一條維度。直白來說就是,四維空間比三維空間更大。

第二,在四維空間裡,想要從某個地方去往另一個地方,有更多的軌迹方向可以選擇。這就像我們所在的三維空間與二維空間的區别,從一個地方到另一個地方有更多的路徑可以選擇,而二維空間裡隻有一個路徑。

同時,如果一個人在四維空間裡運動,在三維空間裡的我們看來,他會突然消失,然後在其他地方突然出現。

什麼是三維空間?(它與三維空間的區别是什麼)3

第三,在四維空間裡,可以把三維空間進行折疊,輕松實現時空穿梭。這就像三維空間裡的我們可以把一張紙折疊起來,實現蟲洞效應一樣。

四維空間裡的物體到底是什麼樣子的呢?

簡單說,就是一種叫做“超體”的東西,超立方體。在超立方體裡,每一個面都相當于三維空間中的立方體。

以上隻是對四維空間的一些猜測和想象。不過科學是非常嚴謹的學科,科學家需要的不僅僅是想象和猜測,更需要實證還有對科學發展的一些幫助。

什麼是三維空間?(它與三維空間的區别是什麼)4

而愛因斯坦把時間當成一個維度,引入了物理學界,就讓物理學的發展煥然一新,這也啟發了科學家們的思維:當在物理學中引入高維空間後,物理定理和大自然法則的描述變得更加容易,更加簡單。

這也是為什麼,如今的很多前沿物理論思想都是以高維空間為基礎和前提的,因為在我們的三維空間裡,很多大自然法則是無法兼容,甚至會出現相互矛盾的結果,比如廣義相對論和量子力學。

而一旦把大自然法則放置在高維空間裡,利用高維空間的超對稱性,矛盾瞬間化解,完成統一。

科學家們追求的就是終極的大統一理論,而利用高維空間追尋大統一理論,看起來更為簡單,也更加簡潔!

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